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H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR

H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof

H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof

H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an SOI substrate in which the surface roughness of a heat-treated SOI substrate can be reduced without increasing a manufacturing process. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing an SOI substrate by implanting oxygen ions in a silicon substrate 1 and then forming a buried oxide film 7 in the silicon substrate by performing heat treatment in an inert gas atmosphere containing oxygen, an inert gas contains argon and nitrogen admixed at such a ratio as the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen is not less than 1% and less than 50%. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

Translated from Japanese

本発明は、ＳＯＩ基板の製造方法及びＳＯＩ基板に係り、特に、シリコン基板に酸素イオンを注入した後、熱処理を行なってシリコン基板中に埋め込み酸化膜からなる絶縁層を形成したＳＯＩ基板に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and an SOI substrate of the SOI substrate, in particular, after implanting oxygen ions into a silicon substrate, to an SOI substrate obtained by forming an insulating layer made of an oxide film buried in the silicon substrate by performing heat treatment.

ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板は、シリコン支持体層、このシリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、そして、この絶縁層のシリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備えた構造を有している。 SOI (Silicon on Insulator) substrate is a silicon substrate layer, an insulating layer made of the buried oxide film provided on one surface side of the silicon substrate layer and, provided on the opposite side of the silicon support layer side of the insulating layer It has obtained a silicon layer with a structure.このようなＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の製造方法の１つとして、シリコン基板に酸素イオンを注入した後、熱処理を行なってシリコン基板中に埋め込み酸化膜からなる絶縁層つまりＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法と称される方法が用いられている。 One such SOI (Silicon on Insulator) substrate manufacturing method, after implanting oxygen ions into a silicon substrate, the insulating layer, i.e. BOX made of an oxide film buried in the silicon substrate by performing heat treatment (Buried Oxide) layer the method called SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) method for forming a is used.現在、ＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法としては、２種類の方法が主に用いられている。 Currently, as a method for producing an SOI substrate by the SIMOX method, two methods are mainly used.

その１つは、シリコン基板に、加速エネルギー約１８０ｋｅＶで、約４×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ２の酸素原子をイオン注入した後、酸素イオンのドーズ量により計算される理論的膜厚となる１％未満の酸素を含むアルゴン雰囲気中で熱処理し、さらに、１％以上の酸素を含むアルゴン雰囲気中で熱処理を行なうことでＢＯＸ層を厚膜化する方法である（例えば、特許文献１参照）。 One is a silicon substrate, at an acceleration energy of about 180 keV, about 4 × 10 17 After the atoms / cm 2 of oxygen atoms are ion-implanted, 1% as a theoretical thickness calculated by the dose of oxygen ions less oxygen and heat treated in an argon atmosphere containing a further is a method of thickening the BOX layer by performing heat treatment in an argon atmosphere containing oxygen of more than 1% (e.g., see Patent Document 1).この方法で作製されたＳＯＩ基板つまりＳＩＭＯＸ基板は、ＩＴＯＸ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）−ＳＩＭＯＸと呼ばれている。 SOI substrate clogging SIMOX substrate manufactured by this method is called ITOX (Internal Thermal Oxidation) -SIMOX.

もう１つは、酸素イオン注入を２段階に分けて行う方法である（例えば、特許文献２参照）。 The other is a method of separately oxygen ions implanted in two steps (e.g., see Patent Document 2).１回目の酸素イオン注入は、シリコン基板を加熱して行い、続けて行なう２回目の酸素イオン注入は、シリコン基板の温度を室温程度に下げた状態で行う。 First oxygen ion implantation is carried out by heating the silicon substrate, the second oxygen ion implantation performed continuously, the temperature of the silicon substrate in a state of lowered to about room temperature.１回目の酸素イオン注入では、シリコン基板を加熱した状態で行なうことで、シリコン基板表面を単結晶のまま維持している。 In the first oxygen ion implantation, by performing while heating the silicon substrate to remain the silicon substrate surface of the single crystal.そして、２回目の酸素イオン注入では、シリコン基板の温度を室温程度に下げた状態で行うことで、アモルファス層を形成している。 Then, in the second oxygen ion implantation, the temperature of the silicon substrate by performing at reduced to about room temperature, to form an amorphous layer.これら２回のイオン注入の後、アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で熱処理することで酸化処理を行い、ＳＯＩ構造を形成する。 These After two ion implantation, oxidation treatment by heat treatment in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen, to form an SOI structure.

この２回のイオン注入を行なう方法では、熱処理によって、２回目の酸素イオン注入で形成されたアモルファス層から多結晶、双晶、積層欠陥からなる高密度欠陥層が形成され、欠陥層が形成された領域は酸素の拡散が速いので、酸素イオンのドーズ量から理論的に予想される厚さの２倍程度の厚さまでＢＯＸ層を厚くできるため、ＢＯＸ層の絶縁耐圧を向上できる。 In the method of performing the ion implantation of the two, by heat treatment, the polycrystalline from the second oxygen ion implantation amorphous layer formed in the, twin, high-density defect layer composed of stacking faults are formed, the defect layer is formed since region diffusion of oxygen is high, because the dose of oxygen ions to a thickness of about twice the thickness of the theoretically predictable thick BOX layer, thereby improving the withstand voltage of the BOX layer.この方法によって製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、ＭＬＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｌｏｗ Ｄｏｓｅ）ＳＩＭＯＸと呼ばれている。 SIMOX wafer manufactured by this method is called MLD (Modified Low Dose) SIMOX.

また、熱処理を行なう雰囲気として、熱処理の昇温工程では窒素と酸素の混合ガスを使用し、熱処理の一定温度での保持工程以降では、アルゴンと酸素の混合ガスに切り換える方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。 Further, as the atmosphere for the heat treatment, the heating process of the heat treatment using a mixed gas of nitrogen and oxygen, in the holding step after the constant temperature of the heat treatment, a method of switching to the mixed gas of argon and oxygen have been proposed ( For example, see Patent Document 3).この方法は、熱処理時の昇温工程と保持工程以降とで雰囲気のガスの種類を変えることにより、埋め込み酸化膜の形成の際に発生する格子間シリコン原子を原子空孔の注入により低減して欠陥を低減し、また、熱処理時にシリコン基板の内部で窒素が拡散し窒酸化物が形成されるのを防止することを意図したものである。 This method, by changing the type of gas atmosphere in the heating step and the holding step after the time of heat treatment, the interstitial silicon atoms generated in the formation of the buried oxide film is reduced by the injection of vacancies reducing defects, also those nitrogen within the silicon substrate during the heat treatment is intended to prevent the diffusion and oxycarbonitride is formed.

ところで、熱処理の雰囲気としては、以前は、不活性ガスとして窒素を用い、これに酸素を混合したガスが用いられていた。 Meanwhile, as the atmosphere of the heat treatment previously, using nitrogen as the inert gas, a mixed gas of oxygen have been used to this.しかし、窒素と酸素の混合ガスを使用すると、シリコン基板の内部に窒素が拡散し窒酸化物が形成されてＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスが大きくなるなどの問題があった。 However, using a mixed gas of nitrogen and oxygen, there is a problem such as roughness formed inside nitrogen is diffused nitric oxide is in the silicon layer surface of the SOI substrate of the silicon substrate is increased.このため、現在は、ＳＯＩ基板の表面のラフネスを低減するため、特許文献１及び２などに記載の方法のように、不活性ガスとしてアルゴンを用い、これに酸素を混合した混合ガスが用いられている。 Therefore, currently, to reduce the roughness of the surface of the SOI substrate, as in the method described in Patent Documents 1 and 2, using argon as the inert gas, which gas mixture is used mixed with oxygen ing.

ところが、アルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合でも、１１００℃以上の高温での熱処理では、ＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスが熱処理を行なう前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスと比較して大きくなってしまう。 However, even when using argon and oxygen gas mixture, the heat treatment at a high temperature of 1100 ° C., the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate as compared to the surface roughness of the silicon layer before the SOI substrate subjected to heat treatment It increases.これは、酸化膜がＳｉＯとして昇華するためと考えられる。 This oxide film is considered to sublimate as SiO.

また、本発明者らが、特許文献３に提案されているように、熱処理の昇温工程のガスに窒素と酸素の混合ガスを使用して、一定温度での保持工程以降のガスをアルゴンと酸素の混合ガスに切り換えてＭＬＤ−ＳＩＭＯＸを作製した結果、窒素の使用が熱処理の昇温工程のみであっても、窒素がシリコン基板の内部に拡散し、シリコン層表面のラフネスが大きくなってしまうことがわかった。 Further, the present inventors have, as proposed in Patent Document 3, by using a mixed gas of nitrogen and oxygen in the gas heating step of the heat treatment, and argon gas holding step after the constant temperature As a result of making a MLD-SIMOX switched to a mixed gas of oxygen, the use of nitrogen be only heating process of the heat treatment, nitrogen is diffused into the silicon substrate, the surface roughness of the silicon layer is increased I understood it.

このように熱処理後にＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスが大きくなると、例えばＳＯＩ基板のシリコン層表面に付着した異物の検査における異物の検出精度が低下してしまうなど問題が生じ望ましくない。 When the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment so increases, for example, the detection accuracy of the foreign matter in the inspection of the foreign matter adhered to the surface of the silicon layer of the SOI substrate is undesirable cause problems such as lowered.このため、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減し、熱処理前のラフネスにできるだけ近づけることが望まれている。 Therefore, to reduce the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment, it is desirable to close as possible to the roughness before the heat treatment.

これに対して、酸素１００％の雰囲気で熱処理を行なう方法が提案されているが（例えば、特許文献４）、このような方法であれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減することが可能であると考えられる。 In contrast, a method of performing heat treatment at 100% oxygen atmosphere has been proposed (e.g., Patent Document 4), in such a way, reducing the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment it is considered that it is possible to.

ところが、ＳＩＭＯＸ法では、熱処理は、１１００℃以上、特に、良好なＢＯＸを形成するためには１３００℃以上で数時間行なわれるため、特許文献４のように、酸素１００％の雰囲気で熱処理を施すと、ＳＯＩ基板の表面に形成される酸化膜の厚みが１μｍ以上にもなる。 However, the SIMOX method, heat treatment, 1100 ° C. or more, in particular, in order to form a good BOX because performed several hours at 1300 ° C. or higher, as in Patent Document 4 is subjected to heat treatment at 100% oxygen atmosphere When the thickness of the oxide film formed on the surface of the SOI substrate also becomes more 1 [mu] m.ＳＯＩ基板の表面に形成される酸化膜の厚みが１μｍ以上になると、絶縁層を挟んでシリコン支持体層と反対側に形成されたシリコン層を残存させるため、酸素イオンの注入後にエピタキシャルシリコン層を形成する必要が生じるため、製造工程が増え、製造工程の複雑化、製造コストの増大などを招いてしまう。 If the thickness of the oxide film formed on the surface of the SOI substrate is more than 1 [mu] m, in order to leave the silicon layer formed on the side opposite to the silicon support layer sandwiching the insulating layer, the epitaxial silicon layer after the oxygen ion implantation and since the formation needs to occur, increasing the manufacturing process, it complicates the manufacturing process, resulting in an such as an increase in manufacturing cost.このため、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減することが必要となっている。 Therefore, without increasing the number of manufacturing steps, it has become necessary to reduce the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment.

本発明の課題は、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減することにある。 An object of the present invention, without increasing the number of manufacturing steps is to reduce the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment.

本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、シリコン基板に酸素イオンを注入した後、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行なってシリコン基板中に埋め込み酸化膜を形成し、不活性ガスは、アルゴンと窒素とを含むことにより上記課題を解決する。 Method for manufacturing an SOI substrate of the present invention, after implanting oxygen ions into a silicon substrate, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere containing oxygen to form a buried oxide layer in the silicon substrate, the inert gas is argon to solve the above problem by including the nitrogen.このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できる。 If method for manufacturing such an SOI substrate, without increasing the number of manufacturing steps can be reduced surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment.

また、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを確実に低減できる。 Further, inert gas, if the method in which the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen at 50% or more and less than 1%, the surface of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment the roughness can be reliably reduced.

さらに、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とする。 Further, the inert gas is directed to a method in which the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen at 40% than 20%.このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できるので好ましい。 If method for manufacturing such an SOI substrate is preferable because it reduces the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment following surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate before the heat treatment.

また、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とする。 Further, the inert gas is directed to a method in which the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen with less than 40% 1% or more.このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスも低減できるので好ましい。 If method for manufacturing such an SOI substrate, in addition to being able to reduce the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment, since it also reduces the roughness of the interface between the buried oxide film and the silicon layer preferably.

さらに、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とする。 Further, the inert gas is directed to a method in which the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen at 30% than 20%.このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスもさらに低減できるので好ましい。 If method for manufacturing such an SOI substrate, in addition to being able to reduce the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment following surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate before the heat treatment, the buried oxide film and a silicon layer It preferred because also possible to further reduce the roughness of the interface.

また、本発明のＳＯＩ基板は、シリコン支持体層、このシリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、及び、この絶縁層のシリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備え、このシリコン層表面の１μｍ角の測定領域のラフネスがＲＭＳ値で２Å以下である構成とする。 Further, SOI substrate of the present invention, a silicon support layer, an insulating layer made of a buried oxide film provided on one surface side of the silicon substrate layer and, provided on the opposite side of the silicon support layer side of the insulating layer provided with a silicon layer, a structure roughness of the measurement region of 1μm angle of the surface of the silicon layer is 2Å less in RMS value.これにより、ＳＯＩ基板の品質を向上できる。 Thus, it is possible to improve the quality of the SOI substrate.

また、シリコン層表面及びこのシリコン層と絶縁層との界面の１μｍ角の測定領域のラフネスが、各々、ＲＭＳ値で２Å以下である構成とする。 Further, the roughness of the measurement area of ​​1μm square of the interface between the silicon layer surface and the silicon layer and the insulating layer are each a structure in RMS value is 2Å less.これにより、ＳＯＩ基板の品質をより向上できる。 Thus, it is possible to further improve the quality of the SOI substrate.

本発明によれば、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できる。 According to the present invention, without increasing the number of manufacturing steps can be reduced surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment.

以下、本発明を適用してなるＳＯＩ基板の製造方法の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。 Hereinafter will be described with reference to FIGS an embodiment of a method for manufacturing an SOI substrate formed by applying the present invention.図１は、本発明を適用してなるＳＯＩ基板の製造方法を模式的に示すＳＯＩ基板の断面図である。 Figure 1 is a manufacturing method of an SOI substrate formed by applying the present invention is a cross-sectional view of the SOI substrate shown schematically.図２は、ＳＯＩ基板のシリコン層表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 Figure 2 is a diagram showing the effect of nitrogen concentration in the inert gas on the roughness in the measurement area of ​​1μm square silicon layer surface of the SOI substrate.図３は、ＢＯＸ層とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 Figure 3 is a diagram showing the effect of nitrogen concentration in the inert gas on the roughness in the measurement area of ​​1μm square of the interface between the BOX layer and the silicon layer.図４は、酸素のイオン注入を行なっていないシリコン基板のヘイズに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 Figure 4 is a diagram showing the effect of nitrogen concentration in the inert gas on the haze of the silicon substrate not subjected to oxygen ion implantation.

なお、本実施形態では、２回の酸素イオン注入を行なうＭＬＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｌｏｗ Ｄｏｓｅ）−ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法によりＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であるＳＩＭＯＸウェーハを形成する場合を例として説明している。 In the present embodiment, described as an example the case of forming the SIMOX wafer is a SOI (Silicon on Insulator) substrate by two oxygen ion implantation is performed to MLD (Modified Low Dose) -SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) method doing.しかし、本発明は、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法に限定されるものではなく、ＩＴＯＸ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）−ＳＩＭＯＸ法など他のＳＩＭＯＸ法にも適用できる。 However, the present invention is not limited to the MLD-SIMOX method, it can be applied to ITOX (Internal Thermal Oxidation) -SIMOX method such other SIMOX method.

本実施形態のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法を適用したＳＯＩ基板の製造方法では、図１に示すように、ＳＩＭＯＸウェーハとなるシリコン基板１に酸素イオンを注入する第１酸素イオン注入工程、第１酸素イオン注入工程後に行なわれる第２酸素イオン注入工程、そして、第２酸素イオン注入工程後に行なわれ熱処理工程を含んでいる。 The method for manufacturing an SOI substrate according to the MLD-SIMOX method in this embodiment, as shown in FIG. 1, the first oxygen ion implantation step of implanting oxygen ions into the silicon substrate 1 serving as a SIMOX wafer, the first oxygen ion implantation the second oxygen ion implantation step is performed after step and, includes a heat treatment step performed after the second oxygen ion implantation step.第１酸素イオン注入工程は、シリコン基板１を加熱した状態で、酸素イオンを注入する工程であり、シリコン基板１を加熱することで、シリコン基板１の表面を単結晶のまま維持し、酸素の高濃度層３を形成する。 The first oxygen ion implantation step, while heating the silicon substrate 1, a step of implanting oxygen ions, by heating the silicon substrate 1, the surface of the silicon substrate 1 was maintained at a single crystal, oxygen to form a high concentration layer 3.第２酸素イオン注入工程は、シリコン基板１の温度を室温程度に下げて酸素イオンを注入する工程であり、アモルファス層５を形成する。 The second oxygen ion implantation step, the temperature of the silicon substrate 1 is a step of implanting oxygen ions is lowered to around room temperature, to form an amorphous layer 5.

熱処理工程では、酸素と不活性ガスの混合ガス雰囲気中で、熱処理温度を１１００℃以上、好ましくは１３００℃以上、例えば１３２０−１３５０℃に設定し、６−１２時間の酸化処理を施すことによって、埋め込み酸化膜からなる絶縁層つまりＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層７を形成する。 In the heat treatment step, in a mixed gas atmosphere of oxygen and inert gas, the heat treatment temperature 1100 ° C. or higher, by preferably 1300 ° C. or higher, and set to, for example, 1320-1350 ° C., subjected to oxidation treatment 6-12 hours, forming an insulating layer clogging BOX (buried oxide) layer 7 made of a buried oxide film.これにより、ＢＯＸ層７の一方の面側にシリコン層つまりＳＯＩ層９が、そして、ＢＯＸ層７の他方の面側にシリコン支持体層１１が形成されたＳＯＩ構造を有するＳＩＭＯＸウェーハ１３が形成される。 Thus, the silicon layer, i.e. SOI layer 9 on one surface of the BOX layer 7, and, SIMOX wafer 13 having the SOI structure silicon substrate layer 11 is formed on the other surface of the BOX layer 7 is formed that.このとき、熱処理工程による酸化処理時の酸素分圧や熱処理時間を調節することによって、ＳＩＭＯＸウェーハの表面に形成された表面酸化膜１５の厚さを調節することでＳＯＩ層９の厚さを制御する。 At this time, by adjusting the partial pressure of oxygen and the heat treatment time of the oxidation treatment by heat treatment step, controlling the thickness of the SOI layer 9 by adjusting the thickness of the surface oxide film 15 formed on the surface of the SIMOX wafer to.

ここで、本実施形態では、熱処理工程において、酸素と混合する不活性ガスとして、アルゴンと窒素の混合ガスを用いている。 In the present embodiment, in the heat treatment step, as the inert gas to be mixed with oxygen, and a mixed gas of argon and nitrogen.本発明者らは、熱処理工程の雰囲気について検討した結果、酸素イオンを注入したシリコン基板に高温熱処理を施す工程において、不活性ガスとしてアルゴンと窒素の混合ガスを用い、これに酸素を混合した混合ガス雰囲気で熱処理を施せばラフネスを低減できることを見出した。 Mixing the present inventors have found that the examined atmosphere heat treatment, which in the process of the silicon substrate by implanting oxygen ions subjected to high-temperature heat treatment, a mixed gas of argon and nitrogen as an inert gas, mixed with oxygen to found that can reduce the roughness if Hodokose heat treatment in a gas atmosphere.これは、熱処理中の雰囲気中に窒素を含むことで、表面酸化膜１５が微量の窒素を含んだ状態となってＳｉＯの昇華が抑制され、さらに、雰囲気中にアルゴンを含むことで、窒酸化物の形成が抑制されるためと考えられる。 This is because including the nitrogen in the atmosphere during the heat treatment, the sublimation of SiO can be suppressed surface oxide film 15 in a state containing a small amount of nitrogen, further, by containing the argon atmosphere, oxynitride presumably because the formation of the object is suppressed.

加えて、本発明者らは、熱処理工程を行なう雰囲気を形成する不活性ガスのアルゴンと窒素の混合割合によってラフネスを低減する効果が変化することも見出すと共に、アルゴンと窒素の混合割合によってＳＯＩ基板のＳＯＩ層表面のラフネスだけでなく、ＳＯＩ層とＢＯＸ層との界面のラフネスも低減できることも見出した。 In addition, the present inventors have also together with the finding that the effect of reducing the roughness is changed by the mixing ratio of argon and nitrogen inert gas to form the atmosphere for the heat treatment process, SOI substrate by the mixing ratio of argon and nitrogen of not only the roughness of the SOI layer surface was also found that it is also reducing the roughness of the interface between the SOI layer and the BOX layer.

したがって、本実施形態のＳＯＩ基板の製造方法では、熱処理後のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスを低減するため、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスとして、アルゴンと窒素の混合ガスを用いている。 Therefore, in the manufacturing method of the SOI substrate of this embodiment, in order to reduce the roughness of the SOI layer 9 surface of the SIMOX wafer 13 after the heat treatment, as the inert gas in the atmosphere of the heat treatment process, a mixed gas of argon and nitrogen ing.このとき、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。 At this time, the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen is assumed that a mixture of argon and nitrogen at 50% or more and less than 1%.

さらに、熱処理後のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスを熱処理前のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネス以下に低減する必要がある場合には、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。 Further, when it is necessary to reduce the roughness of the SOI layer 9 surface of the SIMOX wafer 13 after the heat treatment in the following roughness of the SOI layer 9 surface before heat treatment SIMOX wafer 13, an inert gas in the atmosphere heat treatment step , it is assumed that the sum of nitrogen to flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen at 40% than 20%.

また、ＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスの低減に加え、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスも低減する必要がある場合には、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。 In addition to the reduction of the roughness of the SOI layer 9 surface of the SIMOX wafer 13, when also the roughness of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7 needs to be reduced, an inert gas in the atmosphere of the heat treatment process, flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen is assumed that a mixture of argon and nitrogen is less than 40% 1%.

さらに、ＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスを熱処理前のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネス以下に低減するのに加え、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスもさらに低減する必要がある場合には、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。 Furthermore, in addition to reducing the roughness of the SOI layer 9 surface of the SIMOX wafer 13 below the roughness of the SOI layer 9 surface before heat treatment SIMOX wafer 13, further reduced as the roughness of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7 If necessary, the inert gas in the atmosphere of the heat treatment step, it is assumed that the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen at 30% than 20%.

一方、本実施形態のＳＯＩ基板の製造方法において、熱処理工程における雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下とすることで形成したＳＩＭＯＸウェーハ１３は、ＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域のラフネスがＲＭＳ値で２Å以下になっている。 On the other hand, in the manufacturing method of an SOI substrate of the present embodiment, SIMOX wafer 13 which the flow rate of nitrogen as the inert gas in the atmosphere in the heat treatment step in the total flow rate of argon and nitrogen was formed by a 20% or more 40% or less the roughness of the measurement area of ​​1μm square of the SOI layer 9 surface is equal to or less than 2Å in RMS value.したがって、本実施形態のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスは、熱処理前のシリコン基板表面のラフネス以下になっている。 Therefore, the roughness of the SOI layer 9 surface of the SIMOX wafer 13 of this embodiment has the following roughness of the silicon substrate surface before the heat treatment.

また、必要に応じ、ＳＩＭＯＸウェーハ１３は、ＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域のラフネスと、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域のラフネスとが、共に、ＲＭＳ値で２Å以下になっている。 If necessary, SIMOX wafer 13, the roughness of the measurement area of ​​1μm square of the SOI layer 9 surface, and the roughness of the measurement area of ​​1μm square of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7, together, RMS value in is equal to or less than 2Å.これは、製造時の熱処理工程における雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下とすることで達成できる。 This can be achieved by a flow rate of nitrogen in the total flow rate of the inert gas argon and nitrogen in the atmosphere of the manufacturing time of the heat treatment step is 20% or more than 30%.

なお、第1酸素イオン注入工程及び第２酸素イオン注入工程の手順及び加速エネルギーや酸素イオンのドーズ量などの条件、熱処理工程を行なうときの手順及び雰囲気中の酸素の含有量などは、従来と同様に行なわれ、また、決定している。 The first oxygen ion implantation step and conditions such as the dose of the second oxygen ion implantation step procedure and the acceleration energy and oxygen ions, etc. The content of oxygen in the procedure and the atmosphere when performing the heat treatment step, conventional Similarly it is performed, also determined.

以下に、熱処理工程を行なう雰囲気を形成する不活性ガスのアルゴンと窒素の混合割合に対するＳＯＩ層９表面のラフネス、そして、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスについて検討した結果の一例を示す。 Below, the roughness of the SOI layer 9 surface to the mixing ratio of argon and nitrogen inert gas to form the atmosphere for the heat treatment process, and, an example of the result of investigation of the roughness of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7 show.従来のように、熱処理工程を行なう雰囲気としてアルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％アルゴンで窒素が０％の場合、図２に示すように、１μｍ角の測定領域におけるＳＯＩ層９表面のラフネスは、ＲＭＳ値で約３Åであった。 As is conventional, when using a mixed gas of argon and oxygen as the atmosphere for performing the heat treatment process, i.e., if the inert gas is nitrogen with 100% argon 0%, as shown in FIG. 2, the measurement of 1μm square roughness of the SOI layer 9 surface in the region was about 3Å in RMS value.しかし、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％以上５０％未満とすると、ＳＯＩ層９表面のラフネスはＲＭＳ値で３Åよりも小さくなり、ＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できた。 However, when the inert gas in the atmosphere of the heat treatment process using a mixed gas of argon and nitrogen, the ratio of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate is less than 1% to 50%, the roughness of the SOI layer 9 surface smaller than 3Å in RMS value, could be reduced roughness of the SOI layer 9 surface.

さらに、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を２０％以上４０％以下とすると、ＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスはＲＭＳ値で２Å以下となり、ＳＯＩ層９表面のラフネスを、熱処理工程前のシリコン基板１表面のラフネス以下に低減できた。 Furthermore, if the inert gas in the atmosphere of the heat treatment process using a mixed gas of argon and nitrogen, the ratio of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate to 20% or more 40% or less, 1 [mu] m square of the SOI layer 9 surface the roughness of the measurement area becomes less 2Å in RMS value, the roughness of the SOI layer 9 surface, could be reduced to less than the roughness of the surface of the silicon substrate 1 before the heat treatment step.これは、表面酸化膜１５に僅かに窒素を含むことによって、ＳｉＯの昇華が抑制されたためと考えられる。 This is accomplished by including a slight nitrogen in the surface oxide film 15 is considered to be because the sublimation of SiO is suppressed.

これに対して、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が１％未満になると、不活性ガスが１００％アルゴンの場合と同様にＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できなかった。 In contrast, when the ratio of flow rate of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen is less than 1%, the inert gas can not be reduced roughness similarly SOI layer 9 surface in the case of 100% argon.また、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が５０％以上になると、窒酸化物の形成が増大するためＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できず、不活性ガスが１００％窒素になるとＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で約１５Åまで大きくなった。 If the ratio of the flow rate of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen is 50% or more, can not be reduced roughness of the SOI layer 9 surface for the formation of nitric oxide increases, the inert gas to 100% nitrogen roughness in a measurement area of ​​1μm square of the SOI layer 9 surface was increased to about 15Å in RMS value.なお、図２に示した例では、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が５０％以上のときと、図３に白三角で示す、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときとは、ＳＯＩ層９表面のラフネスの状態がほぼ同じであった。 In the example shown in FIG. 2, and when the proportion of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate is more than 50%, indicated by the white triangles in FIG. 3, of the heat treatment process, the nitrogen and oxygen at a heating step a mixed gas atmosphere, and the the time step after the mixed gas of argon and oxygen maintained at a constant temperature, the state of roughness of the SOI layer 9 surface was approximately the same.つまり、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときの、１μｍ角の測定領域におけるＳＯＩ層９表面のラフネスは、ＲＭＳ値で約２.５Åであった。 That is, of the heat treatment step, the heating step a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen, the holding step after the constant temperature at which the mixed gas of argon and oxygen, the SOI layer 9 surface in the measurement area of ​​1μm square roughness, was about 2.5Å in the RMS value.

一方、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスは、従来のように、熱処理工程を行なう雰囲気としてアルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％アルゴンで窒素が０％の場合、図３に示すように、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で約３Åであった。 On the other hand, the roughness of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7, as in the prior art, when using a mixed gas of argon and oxygen as the atmosphere for performing the heat treatment process, i.e., the inert gas is nitrogen with 100% argon for 0%, as shown in FIG. 3, the roughness in the measurement area of ​​1μm square of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7 was about 3Å in RMS value.しかし、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％以上４０％未満とすると、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスはＲＭＳ値で３Åよりも小さくなり、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスを低減できた。 However, the inert gas in the atmosphere of the heat treatment process using a mixed gas of argon and nitrogen and the ratio of nitrogen flow rate to the total flow rate of argon and nitrogen and less than 40% 1%, SOI layer 9 and the BOX layer 7 roughness in a measurement area of ​​1μm square of the interface between is smaller than 3Å in RMS value, it could be reduced roughness of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7.

さらに、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を２０％以上３０％以下とすると、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で２Å以下となり、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスを、さらに低減できた。 Furthermore, if the inert gas in the atmosphere of the heat treatment process using a mixed gas of argon and nitrogen, the ratio of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate to 20% or more than 30%, SOI layer 9 and the BOX layer 7 the roughness in the measurement area of ​​1μm square of the interface becomes a 2Å following RMS value, the roughness of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7 could be further reduced.

これに対して、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が１％未満になると、不活性ガスが１００％アルゴンの場合と同様にＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスを低減できなかった。 Reducing contrast, when the ratio of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate is less than 1%, the roughness of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7 as in the case of a 100% argon inert gas could not.また、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が４０％以上になると、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で３Å以上になった。 If the ratio of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate is equal to or greater than 40%, the roughness of the measurement area of ​​1μm square of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7, equal to or greater than 3Å in RMS value.なお、図３に示した例では、図３に白三角で示す、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときの、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で約４.６Åであった。 In the example shown in FIG. 3, indicated by the white triangles in FIG. 3, of the heat treatment step, the heating step a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen, the holding step after the constant temperature argon and oxygen mixed gas , when the roughness of the measurement area of ​​1μm square of the interface between the SOI layer 9 and the BOX layer 7 was about 4.6Å in RMS value.このようなＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面におけるラフネスの挙動は、前述したＳＯＩ層９表面のラフネスの場合と同様のメカニズムと考えられる。 Behavior of the roughness at the interface between such an SOI layer 9 and the BOX layer 7 is considered a mechanism similar to the case of the roughness of the above-described SOI layer 9 surface.

また、不活性ガス中の窒素濃度が酸素をイオン注入していないシリコン基板のヘイズに及ぼす影響を検討した結果の一例を示す。 Further, an example of a result of the nitrogen concentration of the inert gas has an oxygen investigated the effect on haze of the silicon substrate which is not ion-implanted.なお、ヘイズ評価は、１μｍ角の測定領域におけるラフネスと同等の評価である。 Incidentally, the haze evaluation is equivalent rating and roughness in a measurement area of ​​1μm square.

アルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％アルゴンで窒素が０％の場合、ＳＩＭＯＸ法の熱処理工程と同じ熱処理を施すと、熱処理前のシリコン基板のヘイズが０.０９ｐｐｍであったのに対し、ヘイズは約０.１５ｐｐｍになった。 When using a mixed gas of argon and oxygen, i.e., if the inert gas is nitrogen with 100% argon 0% when subjected to the same heat treatment and the heat treatment step of SIMOX method, the haze of the silicon substrate before the heat treatment is 0. whereas was 09ppm, haze was about 0.15ppm.しかし、熱処理を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％以上５０％未満とすると、熱処理後のヘイズを０.１５ｐｐｍよりも低減できた。 However, the inert gas in the atmosphere of the heat treatment using a mixed gas of argon and nitrogen and the ratio of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate to less than 50% 1% or more, the haze after heat treatment 0.15ppm It could also be reduced from.さらに、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１０％以上３０％以下とすると、熱処理後のヘイズを０.１ｐｐｍ以下に低減できた。 Furthermore, when the ratio of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen flow rate is 30% or less than 10% could be reduced haze after heat treatment 0.1ppm or less.

これに対して、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％未満に減少したとき、そして、５０％以上に増加したときヘイズは大きくなり、窒素と酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％窒素の場合、ヘイズは約０.５５ｐｐｍまで大きくなった。 In contrast, when reduced the proportion of the flow rate of nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen to less than 1%, and a haze when increased to 50% or more is increased, when using a mixed gas of nitrogen and oxygen , i.e., if the inert gas is 100% nitrogen, the haze was increased to about 0.55 ppm.なお、図４に示した例では、図４に白三角で示す、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときのヘイズは、約０.１５ｐｐｍであった。 In the example shown in FIG. 4, indicated with white triangles in Fig. 4, of the heat treatment step, the heating step a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen, the holding step after the constant temperature argon and oxygen mixed gas the haze of when and was about 0.15ppm.

このようなヘイズの挙動は、ＳＩＭＯＸウェーハの１μｍ角の測定領域におけるＳＯＩ層表面のラフネスの挙動と相関している。 This behavior of haze correlates with the roughness of the behavior of the SOI layer surface in the measurement area of ​​1μm square of SIMOX wafer.このため、不活性ガスとしてアルゴンと窒素の混合ガスの使用は、ＢＯＸ層の形成に伴うラフネスではなく、前述したように、アルゴンによるＳｉＯの昇華や、窒素による窒酸化物の形成に起因するラフネスを抑制するものと考えられる。 Therefore, use of a mixed gas of argon and nitrogen as an inert gas, rather than the roughness associated with the formation of the BOX layer, as described above, the roughness due to the formation of nitric oxide SiO sublimation or by argon, with nitrogen It is believed to suppress.

このように、本実施形態のＳＯＩ基板の製造方法では、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスとして、アルゴンと窒素の混合ガスを用いることによって、例えば酸素イオンの注入後にエピタキシャルシリコン層を形成する工程といったような工程を行なわずに、ＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できる。 Thus, steps in the manufacturing method of the SOI substrate of this embodiment, as the inert gas in the atmosphere of the heat treatment step, by using a mixed gas of argon and nitrogen, to form, for example, an epitaxial silicon layer after the oxygen ion implantation without steps, such as, it can reduce the roughness of the SOI layer 9 surface.したがって、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できる。 Accordingly, without increasing the number of manufacturing steps can be reduced surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment.

このとき、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものとすることによって、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを確実に低減できる。 At this time, by assumed that the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen at 50% or more and less than 1%, reliably reduce surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment it can.

さらに、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できることによって、製造コストの増加や製造工程の複雑化などを招くことなくラフネスを低減できる。 Furthermore, without increasing the number of manufacturing steps, by being able to reduce the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment, it can be reduced roughness without causing such complicated manufacturing cost increases and manufacturing processes.

さらに、熱処理工程の雰囲気に含まれる不活性ガスであるアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下であれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できる。 Further, if the flow rate is 40% or less than 20% of the nitrogen in the total flow rate of argon and nitrogen as inert gas contained in the atmosphere in the heat treatment step, prior heat treatment of the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment It can be reduced in the following roughness of SOI substrate silicon layer surface.これにより、シリコン層表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスをＲＭＳ値で２Å以下に低減したＳＩＭＯＸウェーハつまりＳＯＩ基板を、低コストで作製できる。 Thus, the SIMOX wafer, i.e. SOI substrate with reduced roughness in a measurement area of ​​1μm square silicon layer surface 2Å following RMS value, can be manufactured at low cost.また、シリコン層表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスをＲＭＳ値で２Å以下に低減することによって、ＳＯＩ基板の品質を向上できる。 Moreover, by reducing the roughness in the measurement area of ​​1μm square silicon layer surface below 2Å the RMS value, it can improve the quality of the SOI substrate.

加えて、熱処理工程の雰囲気に含まれる不活性ガスであるアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満であれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスも低減できる。 In addition, if the total flow rate of nitrogen to the flow rate less than 40% more than 1% of argon and nitrogen as inert gas contained in the atmosphere in the heat treatment process, reducing the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment in addition to being able to, it can be reduced roughness of the interface between the buried oxide film and the silicon layer.

さらに、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものであれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスもさらに低減できる。 Furthermore, inert gas, as long as the sum of nitrogen to flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen with less than 30% 20%, the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate after the heat treatment in addition to be reduced to less than the surface roughness of the silicon layer of the SOI substrate before heat treatment, it may further reduce the roughness of the interface between the buried oxide film and the silicon layer.これにより、シリコン層表面と埋め込み酸化膜とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスを共にＲＭＳ値で２Å以下に低減したＳＩＭＯＸウェーハつまりＳＯＩ基板を、低コストで作製できる。 Thus, the SIMOX wafer, i.e. SOI substrate with reduced in both RMS value roughness in a measurement area of ​​1μm square of the interface between the silicon layer surface and the buried oxide film and a silicon layer below 2 Å, can be manufactured at low cost.また、シリコン層表面及びシリコン層表面と埋め込み酸化膜とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスを各々ＲＭＳ値で２Å以下に低減することによって、ＳＯＩ基板の品質をより向上できる。 Moreover, by reducing below 2Å in each RMS value roughness in a measurement area of ​​1μm square of the interface between the silicon layer surface and the surface of the silicon layer and the buried oxide film and the silicon layer, it is possible to further improve the quality of the SOI substrate.

また、本発明は、本実施形態に限らず、埋め込み酸化膜からなるＢＯＸ層を形成するための熱処理工程を行なう様々なＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法、及び、シリコン支持体層、このシリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、そして、この絶縁層のシリコン支持体層と反対側に設けられたシリコン層を備えている様々な構造のＳＯＩ基板に適用できる。 Further, the present invention is not limited to this embodiment, a method of manufacturing an SOI substrate by various SIMOX method performing a heat treatment step for forming a BOX layer composed of a buried oxide film, and a silicon support layer, the silicon support body layer insulating layer made of a buried oxide film formed on one side of, and can be applied to an SOI substrate of various structures and a silicon layer provided on the opposite side of the silicon substrate layer of the insulating layer.

本発明を適用してなるＳＯＩ基板の製造方法の一実施形態を模式的に示すＳＯＩ基板の断面図である。 One embodiment of a method for manufacturing an SOI substrate formed by applying the present invention is a cross-sectional view of the SOI substrate shown schematically.ＳＯＩ基板のシリコン層の表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 It shows the effect of nitrogen concentration in the inert gas on the roughness in the measurement area of ​​1μm angle of the surface of the silicon layer of the SOI substrate.ＳＯＩ基板のＢＯＸ層とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 It shows the effect of nitrogen concentration in the inert gas on the roughness in the measurement area of ​​1μm square of the interface between the BOX layer and the silicon layer of the SOI substrate.酸素のイオン注入を行なっていないシリコン基板のヘイズに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 Effect of the nitrogen concentration in the inert gas on the haze of the silicon substrate not subjected to ion implantation of oxygen is a diagram showing a.

Claims (7)

Translated from Japanese

シリコン基板に酸素イオンを注入した後、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行なって前記シリコン基板中に埋め込み酸化膜を形成するＳＯＩ基板の製造方法であり、 After implanting oxygen ions into a silicon substrate, a manufacturing method of an SOI substrate by performing heat treatment in an inert gas atmosphere containing oxygen to form a buried oxide layer in the silicon substrate,前記不活性ガスは、アルゴンと窒素とを含むことを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。 The inert gas, the method for manufacturing an SOI substrate, characterized by containing argon and nitrogen.

前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。 The inert gas, manufacturing of SOI substrate according to claim 1, characterized in that the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen at 50% or more and less than 1% Method.

前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。 The inert gas, manufacturing of SOI substrate according to claim 1, wherein the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen is a mixture of argon and nitrogen at 40% or more 20% Method.

前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。 The inert gas, manufacturing of SOI substrate according to claim 1, characterized in that the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen was mixed with argon and nitrogen is less than 40% 1% Method.

前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。 The inert gas, manufacturing of SOI substrate according to claim 1, wherein the flow rate of nitrogen to the total flow rate of argon and nitrogen is a mixture of argon and nitrogen with less than 30% 20% Method.

シリコン支持体層、該シリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、及び、該絶縁層の前記シリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備えたＳＯＩ基板であり、 Silicon support layer, an insulating layer made of a buried oxide film provided on one surface side of the silicon substrate layer and, SOI with a silicon layer provided on the opposite side to the silicon support layer side of the insulating layer It is a substrate,前記シリコン層表面の１μｍ角の測定領域のラフネスがＲＭＳ値で２Å以下であることを特徴とするＳＯＩ基板。 SOI substrate, wherein a roughness of a measurement area of ​​1μm square of the silicon layer surface is 2Å less in RMS value.

シリコン支持体層、該シリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、及び、該絶縁層の前記シリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備えたＳＯＩ基板であり、 Silicon support layer, an insulating layer made of a buried oxide film provided on one surface side of the silicon substrate layer and, SOI with a silicon layer provided on the opposite side to the silicon support layer side of the insulating layer It is a substrate,前記シリコン層表面及び該シリコン層と絶縁層との界面の１μｍ角の測定領域のラフネスが、各々、ＲＭＳ値で２Å以下であることを特徴とするＳＯＩ基板。 SOI substrate roughness of the measurement region of 1μm square of the interface between the silicon layer surface and the silicon layer and the insulating layer are each characterized in that at 2Å less in RMS value.